[发明专利]一种可缓释生长因子的表层分子印迹高强度水凝胶膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种可缓释生长因子的表层分子印迹高强度水凝胶膜的制备方法。首先将硅酸钠、丙烯酰胺、交联剂和海藻酸钠溶解于水中得到铸膜液A，在铸膜液A中溶解生长因子得到的铸膜液B。在A玻璃板上用缠绕铜丝的玻璃棒将铸膜液A刮均匀，然后立即在铸膜液A上倒入铸膜液B，并马上用用缠绕铜丝的玻璃棒将铸膜液B刮均匀。通氮气排氧后紫外灯照射引发丙烯酰胺聚合，然后经过钙离子水溶液交联和葡萄糖酸‑δ‑内酯水溶液浸泡，得到表层含生长因子的高强度水凝胶膜。洗脱掉生长因子后，得到可缓释生长因子的表层分子印迹高强度水凝胶膜。

技术领域

本发明涉及一种可缓释生长因子的表层分子印迹高强度水凝胶膜的制备方法，属于生物材料和组织工程领域。

背景技术

组织工程的核心是建立细胞与生物材料的三维空间复合体，即具有生命力的活体组织，用以对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代。组织工程的三要素包括种子细胞、基质材料和调节因子。骨髓间充质干细胞(BMSCs)来源广泛、取材简便、易于培养、具有较强增殖能力和多向分化潜能，被公认为最理想最有应用前景的种子细胞，已广泛应用于软骨、肌肉和骨组织工程。同时提高种子细胞的粘附、增殖和定向分化能力是目前组织工程研究的一个热点。纤连蛋白(FN)可促进BMSCs在材料上的粘附生长，使BMSCs形态结构良好，代谢增强，生长时间缩短，并提高细胞融合率。在材料表面涂覆FN，从而构建“仿生”细胞外基质环境，可提高材料的生物相容性和细胞的粘附。然而，表面涂层多为单纯物理吸附或包埋，存在吸附不牢的缺点，且FN容易变性失活。采用外源性生长因子效率低，持续时间短，需反复给药；而基因转染存在转化率不稳定、表达基因单一、安全性差等问题。如何有效保护并缓慢释放生长因子是组织工程研究急需解决的问题。目前主要利用可与生长因子产生相互作用的材料共混、包埋及化学键合等方法控制释放生长因子，但是仍面临释放机制不明确、突释效应、多种生长因子协同释放困难、制备过程引起生长因子失活等难题。

过去组织工程支架通常从材料学的角度设计，而不是从生物学角度考虑如何使植入材料整合重建组织，常因细胞利用率低、支架降解导致的纤维化、排异和炎性反应等因素达不到预期修复效果。为适应组织工程的要求，需要从仿生角度设计支架，使支架材料不仅为细胞提供结构支撑，还要具有一定的功能，为细胞提供特殊的信号，促使细胞生长和分化，从而形成具有特定功能的新生组织。天然生物材料来源广泛、无毒、生物相容性和生物可降解性良好，但是其加工提取困难、力学性能不佳，限制了其在组织工程中的应用。人工合成的无机材料化学性质稳定，生物相容性好，但降解速率慢，部分降解产物不易被机体吸收、力学性能差。人工合成的有机高分子材料降解可控，但是材料表面缺乏细胞识别信号，不利于细胞的特异性粘附和特异基因的激活。

水凝胶与许多组织和细胞外基质非常接近，表现出良好的生物相容性，放入体内不会引发排异反应，同时为营养物质运输和代谢废物的排出提供良好通道。水凝胶可作为永久的软组织损伤替代物，或者作为细胞培养基质材料。但是大部分水凝胶的弹性和韧性都不好，限制了其应用。2012年，Nature杂志报道了高弹性和高韧性的聚丙烯酰胺/海藻酸钙(PAM/CaAlg)水凝胶。虽然这种水凝胶中约90％是水，但其弹性超强，可拉伸到原有长度的20倍，之后还能够自行恢复原状。它的韧性也很好，把水凝胶掰断需要耗费的能量与掰断一块相同大小的天然橡胶差不多【Nature，2012，489(7414)：133-136】。Bakarich等采用3D打印技术，制备了纤维增强的PAM/CaAlg水凝胶人工关节软骨。但是水凝胶的亲水性表面不利于蛋白质的吸附以及细胞的粘附生长【ACS Applied Materials&Interfaces，2014，6(18)：15998-16006】。Guo等用纤连蛋白(FN)对PAM/CaAlg水凝胶进行预处理，促进了人骨髓间充质干细胞在水凝胶上的粘附和增殖【Materials Science and Engineering C，2014，42：622-628】。